فن اکسین ویرا

گرمایش، تهویه و فن ها را می توان به راحتی با استفاده از درایو مکانیزه کرد

در مقاله قبل به تنظیمات پارامترهای درایو برای هماهنگی با نیازها و کاربرد خود پرداختیم. حال بیاید نگاهی به یک موضوع گسترده تر بیاندازیم؛ کاهش مصرف انرژی.

دلایل زیادی برای استفاده از درایوهای کنترل دور وجود دارد. از این تجهیزات می توان برای کنترل فرایند و بهره برداری آسانتر از ماشین ها بهره برد؛ درایوها جریان هجومی ماشین های الکتریکی را کاهش می دهند و فرایند راه اندازی را کنترل شده تر می کنند؛ همچنین نویز صوتی و اصطهلاک مکانیکی را نیز کاهش می دهند. اما یکی از مزایای کلیدی آن ها این است که غالبا باعث کاهش هزینه قبض برق شما خواهند شد.

قبل از این که به بحث صرفه جویی های ناشی از درایو بپردازیم، باید به خاطر داشته باشیم که بازدهی موتور نیز اهمیت دارد. طبق آخرین استانداردهای اروپا خرید موتور IE1 ممنوع است (کم بازده ترین موتورها)؛ اگر یک موتور IE2 بخرید باید آن را همراه درایو استفاده کنید.

با توجه به طول عمر موتورها، هزینه خریدشان درصد کوچکی از هزینه بهره برداری از آن ها ناشی از مصرف انرژی در طول عمرشان است، بنابراین استفاده از موتورهای پربازده تر IE3 و IE4 منطقی تر است. موتورهای پیشرفته تری همچون مغناطیس دائم ها، در صورت استفاده اب درایو بازده بالاتری نیز دارند که در مقاله دیگری به آن ها می پردازیم. البته در انتخاب موتور این نکته را نیز در نظر داشته باشید که اغلب موتورها هنگامی که نزدیک توان نامی شان کار می کنند بازده بیشتری دارند، بنابریان موتوری انتخاب نکنید که از توان مورد نیاز خیلی بزرگتر باشد.

برگردیم به بحث شیرین درایوهای کنترل دور. یک قانون واضح وجود دارد: شما اگر سرعت چرخش موتور خود را با درایو کاهش دهید، تقریبا می توان گفت که توان مصرفی موتور کاهش می یابد. اگر بار از نوع گشتاور ثابت باشد، توان متناسب با سرعت است. گشتاور در یک بار گشتاور ثابت با تغییر سرعت چندان تغییر نمی کند؛ تسمه نقاله ها، میکسرها و بسیاری از ماشین های کوچک. هرچند، در این کاربردها کنتل فرایند غالبا مهمتر از کاهش مصرف انرژی است.

استفاده از درایو در حالت کنترل برداری (Vector Control) اغلب منجر به کاهش مصر ف انرژی می شود چرا که درایو دائما ولتاژ و فرکانس را به منظور بهینه کردن عملکرد موتور تنظیم می کند. این به خصوص برای بارهای گشتاورثابت مفید است چرا که بهترین عملکرد موتور را نیز به ارمغان می آورد. تمامی درایو های اینورتک دارای حالت کارکدر کنترل برداری هستند. می توانید از این روش استفاده کنید و کاهش جریان موتور را نسبت به حالت V/f روی صفحه نمایش درایو مشاهده کنید.

با این وجود، استفاده از درایوهای کنترل دور جایی واقعا ارزش پیدا می کند که برای بارهای گشتاور متغیر استفاده شود. یعنی بارهایی (منظور گشتاور بار است) که با افزایش سرعت افزایش می یابند. اکثر فن ها و بسیاری از پمپ ها جزو بارهای گشتاور متغیر هستند- یعنی گشتاور آن ها با مجذور سرعت افزایش می یابد. این بدین معنی است که توان با درجه سوم سرعت رابطه دارد.

منحنی های توان و گشتاور برای یک پمپ یا فن

بنابراین کاهش سرعت یک پمپ یا فن به میزان 10%، مصرف توان را به میزان حدود 25% کاهش می دهد، که حتی تلفات درایو که حدود 1% هست را نیز کاملا پوشش می دهد. اگر سرعت را 20% کاهش دهید مصرف انرژی حدودا نصف می شود. توجه داشته باشید برخی پمپ ها همچون پمپ های کفکش یا چاه از نوع بار گشتاور ثابت هستند.

البته اگر از درایو استفاده کنید و همواره سرعت را روی مقدار نامی اش قرار دهید قطعا هیچگونه صرفه جویی انرژی نخواهید داشت، اما اگر سرعت را حتی به میزان کمی کاهش دهید زمان بازگشت سرمایه به سال هم نمی رسد و ممکن است طی چند ماه بازگشت سرمایه داشته باشید. تولید کنندگان درایو معمولا یک برگه محاسبات برای نمایش چگونگی این صرفه جویی ها ارائه می دهند؛ اگر یک درایو به خصوص نتایجی بدهد که از درایوهای دیگر بهتر باشد، کمی دقت کنید- این صرفه جویی ناشی از فیزیک و طبیعت عملکرد پمپ یا فن است و برای تمامی درایوها باید تقریبا در یک حد باشد. شکل 2 یک برگه محاسبات رایج را نشان می دهد. در این مثال درایو اغلب روی 70 تا 90% سرعت نامی اش کار می کند و دوره بازگشت سرمایه در 11 ماه اتفاق می افتد.

محاسبات بازگشت سرمایه برای یک کاربرد رایج

اگر بخواهید بهترین عملکرد را از درایو دریافت کنید، فقط با کنترل دستی سرعت ممکن است به نتیجه نرسید. شما می توانید از یک سنسور در خروجی سیستم استفاده کنید و سیگنال فیدبک آن را به درایو متصل کنید و یک سیستم حلقه بسته تشکیل دهید تا خود درایو به شکل کاملا هوشمند به دقیقترین شکل فلوی خروجی، یا دما یا فشار یا هر پارامتر دیگر سیستم را کنترل کند. در مقاله دیگری با جزئیات به این مبحث می پردازیم. با درایو می توانید دمپرها و شیربرقی ها را کنار بگذارد و از صرفه جویی انرژی حاصل شده لذت ببرید. همچنین می توانید یک تایمر در کنار درایو استفاده کنید تا درایو در شب ها یا اخر هفته ها با سرعت کمتری فن تهویه را بچرخاند.

از آنجا که استفاده از درایو برای فن ها و پمپ ها مقرون به صرفه و آسان است، جای تعجبی نیز ندارد که تقریبا نیمی از کاربردهای درایو های کنترل دور مربوط به بارهای گشتاور متغیر می شوند. همچنین در نظر داشته باشید که در کنار کاهش مصرف انرژی و بهبود کنترل، جریان های راه اندازی نیز کاهش می یابند و شوک ها و لرزش های مکانیکی نیز تا حد زیادی از بین می روند. در واقع از همه جهت وضعیت کارکرد سیستم بهبود می یابد.

اغلب سازندگان درایو مدلی مخصوص کاربردهای پمپ و فن ارائه می دهند. این درایو ها معمولا روش های کنترلی جامع و ویژگی های تحمل اضافه بار درایوهای صنعتی را ندارند، اما معمولا ویژگی های دیگری دارند که برای پمپ ها و فن ها مفید هستند. برای نمونه، درایو اینورتک ECO نرم افزار مخصوصی برای کنترل چند پمپ در یک سیستم مولتی پمپ دارد؛ همچنین تابع پاکسازی پمپ را دارد که انسداد ها را به صورت هوشمند تشخیص داده و پاکسازی می کند، با تشخیص عدم وجود بار وارد حالت استندبای می شود که موجب صرفه جویی در هزینه ها می شود و غیره. برخی از انواع درایوهای Eco همچنین می توانند به دلیل هارمونیک پایین هزینه ها را پایینتر بیاورند، در این موراد دیگر نیازی به سلف های ورودی نیز نمی باشد و جریان ورودی درایو نیز کاهش می یابد.

در نهایت بیایید کمی به تابع کاهش مصرف انرژی که در تمامی درایوهای اینورتک قرار داده شده است بپردازیم. این تابع در صورت فعال شدن بار روی درایو را دائما پایش می کند و در صورتی که بار سبک باشد، جریان مغناطیس کنندگی موتور را کاهش می دهد (با کاهش ولتاژ خروجی) که این منجر به کاهش تلفات در موتور و درایو می شود. عیب این عملکرد تاخیر کوچک در هماهنگی با تغییرات ناگهانی در بار است؛ البته در بسیاری از کاربردها شما چنین تاخیری را حس نمی کنید. میزان کاهش مصرف انرژی هم خیلی زیاد نیست، معمولا در حد 1 یا 2 درصد است، اما همینقدر نیز بد نیست! این تابع را می توانید روی درایو ها با پارامتر P-06 فعال کنید. شکل زیر این تابع را در عمل نشان می دهد.

تابع کاهش مصرف انرژی

استفاده از درایوهای کنترل دور برای کنترل فشار یا فلو در سیستم های پمپاژ یا تهویه منجر به کاهش قابل توجه مصرف انرژی می شود. در مقاله بعد به کنترل حلقه بسته با استفاده از درایو کنترل دور می پردازیم.